System-on-a-Programmable-Chip即可编程片上系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称为SOPC。可编程片上系统(SOPC)是Alter-a公司提出的一种灵活、高效的SOC解决方案。它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上系统。

　　SOPC结合了SOC和PLD、FPGA各自的优点，一般具备以下基本特征：至少包含一个嵌入式处理器内核；具有小容量片内高速RAM资源；丰富的IP Core资源可供选择；足够的片上可编程逻辑资源；处理器调试接口和FPGA编程接口；包含部分可编程模拟电路；单芯片、低功耗、微封装。

　　SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果，目前0。13微米的ASIC产品制造价格仍然相当昂贵，相反，集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑的SOPC芯片在应用的灵活性和价格上有极大的优势。SOPC被称为“半导体产业的未来”，具有很好的发展前景。

　　基于人们对于健康的不断关注，使用家用便携电子血压仪来关注自身健康状况的人也是逐年递增。目前国内市场上大多数的电子血压仪是基于单片机或ARM系列芯片来设计的。对比这两种设计，基于SOPC嵌入式系统的便携电子血压仪集成度更高也更加轻便，比基于单片机的电子血压仪稳定度和精度更高，而比基于ARM系列芯片的电子血压仪设计方式更方便，设计周期更短，成本价更有优势。

　　1　电子血压仪测量血压的一般方法

　　第一只商用波动法血压监护仪于1973年由美国一个公司开始设计，1976年投入市场，取名为Dinamap(间接无创平均动脉压测定装置)。最早推出的Dinamap-825只能测平均血压，后来发展为可以测收缩压(SBP)，舒张压(DBP)、平均压(MAP)和脉率的845型。

　　1.1　电子血压计常用测量血压的振荡法的原理

　　振荡法原理基于动脉压力与袖带内气体振荡波包迹间相对关系。图1是振荡波幅与袖带压的在一个心动周期的图示关系。在图1中可以看出，当袖带压(静压)大于收缩压(SP)时(一般大于20-30mmHg)，动脉被压闭，此时因近端脉搏的冲击而呈现细小的振荡波；当静压接近SP时，波幅增大；静压等于平均压(MP)时，动脉处于去负荷状态，波幅达到最大值，静压小于MP时，波幅逐渐减小；静压小于舒张压(DP)后，动脉管腔在舒张期已充分扩张，管腔刚性增加，这时波幅维持在较低水平。放气过程中记录的振荡波呈现近似抛物线的包迹。显然，该包迹线所对应的静压值间接反映了动脉血压，问题在于怎样用准确有效和简洁的方法找出包迹与血压之间的关系。

　　图1　振荡波幅与袖带压的图示关系

　　Fig.1　The illustrative relation between oscillometric amplitude and the cuff pressure

　　需要注意的是，这里的平均压不是通常所用的估算公式：MP=(2DP+SP)/3取得的，它是动脉血压波形在一周内的积分除以周期所得。平均压表示心脏在整个心动过程中给予动脉血液的灌注压力。研究人员已经证明，血压振荡信号最大值与平均压有较好的对应性，因此常用最大波幅来确定平均血压值。

　　1.2　电子血压计测量血压的检测过程

　　(1)袖带充气通过操作者的操控，NiosⅡ处理器发出指令启动泵电机使袖带充气至约21.33kPa(160mmHg)(第一次检测)或高于前次检测到的平均压约8.67kPa(65mmHg)。当仪器检测到病人血压很不稳定忽高忽低时，仪器将立即给袖带充压到29.33kPa(220mmHg)开始一次非常规的血压检测。之后泵电机关闭。动脉阻塞血管内无血流通过，压力探测器感知的仅仅是袖带气压。

　　(2)压力递减是通过系统放气装置控制的，袖带内气压以0.67-1.33kPa(5-10mmHg)递减直至动脉被部分闭塞。动脉压的振荡变化反映在压力传感器上，此过程被一带通滤波器识取供后续测量，直至袖带内气压下降到约5.33kPa(40mmHg)时，放掉袖带内剩余空气，完成一次检测过程。

　　(3)袖带压力的振荡变化，袖带内气压逐步减小直至接近动脉压平均值时，进一步减小；当袖带内气压低于动脉压平均值时，脉冲幅度开始减小。用图2反映这一变化：

　　图2　振动法血压检测过程

　　(4)NiosⅡ处理器通过幅度系数法的S判别法分析测量过程并将所测血压结果显示在显示屏上。这种方法被证明是简洁有效，具有较强的抗干扰性和个体适应性，容易在以处理器为核心的电子血压仪中实现。

　　2　基于SOPC的系统硬件的设计

　　目前最为常用的嵌入式系统大多采用了ARM的32位知识产权处理器核的器件。尽管由这些器件构成的嵌入式系统有很强的功能，但为了使系统完备通常必须为此处理器配置许多接口器件比如：SRAM、DRAM、Flash等。SOPC则可以将硬核植入FPGA中，利用FPGA中的可编程逻辑资源和IP软核，直接利用FPGA中的逻辑宏单元来构成该嵌入式系统的处理器的接口功能模块。例如：Altera公司的Excalibur系列中就植入了ARM922T嵌入式系统处理器。以下是基于SOPC的系统硬件设计的构架框图。

　　图3　基于SOPC的系统硬件设计的构架框图

　　3　系统工作流程简图

　　NiosⅡ嵌入式软核专用SOPC软硬件设计技术主要是指面向单片专用SOC软硬件设计技术的计算机技术，与通用SOC软硬件设计技术相比，其特点有：

　　(1)设计全程，包括电路系统描述、硬件设计、仿真测试、综合、调试、系统软件设计，直至整个系统的完成，都由计算机进行。

　　(2)设计技术直接面向用户，即专用集成电路的被动使用者同时也可能是专用集成电路的主动设计者。

　　图4　系统工作流程简图

　　3)系统级专用集成电路的实现有了更多的途径，即除传统的ASIC器件外，还能通过大规模FPGA等可编程器件来实现。

　　4　外形设计

　　图5　外形设计简图

　　5　本设计血压测量时误差的主要因素

　　产生误差的主要因素大致有：①个体差异性。包括每搏射血量、心率、循环外周阻力、动脉壁弹性和循环血量的不同；②袖带顺应性。包括袖带内空气体积、袖带材料的弹性和导管刚性的不同；③测量条件差异性。包括测量体位不同，所测时间不同，情绪变化等因素。还有其它的因素，需进一步分析研究和完善。

　　参考文献：

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